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Maschine zum Schaben mit über der Zahnlänge ungleichen Zahndicken
Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum Fertigbearbeiten von Zahnrädern
mit über der Zahnlänge ungleicher Zahndicke mittels eines Schabzahnrades durch gegenseitiges
Abwälzen mit gekreuzten Achsen, bei der das Zahnrad dem Schabrad mit einer die Tiefenzustellung
oder den Längsvorschub überlagernden Kippbewegung relativ genähert und entfernt
werden kann.
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Es ist bereits eine Maschine zum Schaben von Zahnrädern bekanntgeworden,
bei der der Längsvorschub in Richtung der Werkstückachse erfolgt und bei der zum
Zwecke der Verminderung der Zahndicke an den Zahnenden, d. h. zum Zwecke der Formung
in Längsrichtung balligen Zähne der durch die Vorschubbewegung hervorgerufenen Relativbewegung
zwischen Werkstück und Werkzeug eine weitere Relativbewegung überlagert wird, die
die Schneidwirkung zwischen Werkzeug und Werkstück in der Nähe der Zahnenden durch
Kippen der Werkstückachse erhöht. Diese Kippbewegung wird durch eine Kulisse gesteuert,
die geneigt zur Richtung des Längvorschubs eingestellt werden kann.
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Mit einer anderen bekannten Maschine ist ein Längsvorschub möglich,
der nicht axial zum Werkstück gerichtet ist, aber auch bei dieser Maschine wird
die Kippbewegung mit Hilfe einer Kulisse kontinuierlich gesteuert. Schmale Räder
können indessen bei zur Werkstückachse geneigtem Längsvorschub (Diagonalschaben)
oder auch breite Räder mit einem Längsvorschub, der senkrecht zur Werkstückachse
gerichtet ist (Querschaben), nicht ballig geschabt werden, weil die Länge des Vorschubs
nicht ausreicht, um an der Kulisse eine genügende Kippbewegung zu erzeugen.
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Es ist auch eine Maschine bekanntgeworden, mit der im Diagonalschab-
und auch im Querschabverfahren ballige Zähne erzeugt werden können, und zwar erhält
diese Maschine, um den Längsweg an der Kulisse zu vergrößern, eine vom Längsvorschub
abhängige Zusatzbewegung. Auch bei dieser Maschine ist die Balligkippbewegung kontinuierlich
und an die Form der Kulisse gebunden, so daß beispielsweise unsymmetrisch ballige
Formen nur im beschränkten Maße zu verwirklichen und Zähne, die nur an den Enden
ballig sind, aber in der Mitte parallele Flanken haben, kaum zu erzeugen sind. Es
ist auch bei dieser Maschine schwierig, schmale Zahnräder im Diagonal oder Querschabverfahren
zu schaben.
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Es ist ferner bekannt, die für das Balligschaben zu überlagernde Zusatzbewegung
nicht mit einer Kulisse, sondern mit einem Leitlineal zu steuern, so daß die Form
der Balligkeit vielfältiger sein kann als bei der Kulissensteuerung. Das Abtasten
eines Leitlineals kann bei der bekannten Maschine aber nur deshalb zu einem Erfolg
führen, weil ihr Vorschub parallel zur Werkstückachse liegt, was wegen des langen
Vorschubweges teuer ist. Wäre an dieser Maschine eine Vorrichtung für einen Diagonalvorschub
vorhanden, so würde wie bei den vorher beschriebenen Kulissensteuerungen der Längsvorschub
an dem Leitlineal nicht ausreichen. An sich ist es möglich; auf einen selbsttätigen,
zusätzlichen Antrieb zum Zwecke des längsballigen Schabens ganz zu verzichten und
die Zusatzbewegung von Hand zu steuern, womit man praktisch jede erdenkliche Flankenform
erzielen würde. Dieses ist jedoch bei der Massenfertigung von kleinen Zahnrädern
infolge des schnellen Arbeitsablaufes nicht möglich.
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Es sind auch Zusatzantriebe zum 1'ängsballigen Schaben mittels Nocken
bekanntgeworden. Bei einer Schabemaschine verstellt ein Nocken das Schabrad zusätzlich
radial. Dieser Nocken, der sich nicht dreht, sondern nur um kleine Winkel geschwenkt
wird, wird in Abhängigkeit von der Tischbewegung durch Anschläge betätigt. In bezug
auf den Längsweg der Zusatzsteuerung trifft hier das im Zusammenhang mit der Kulissensteuerung
Gesagte zu, d. h., schmale Räder sind in Diagonal- oder Querschabverfahren nur in
beschränktem Maße zu bearbeiten.
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Schließlich sei noch eine weitere Zahnradschabmaschine genannt, bei
der die Kippbewegung des Werkstückträgers von einem umlaufenden Nocken erzielt wird.
Bei dieser Maschine ist aber nur ein Längsvorschub des Werkzeugs relativ zum Werkstück
in Richtung der Werkstückachse möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist, das Schaben mit Längsvorschüben sowohl
in Richtung der Werkstückachse
als auch schräg geneigt dazu (Diagonalschaben)
als auch senkrecht dazu (Querschaben) und das Herstellen von Zahnflanken mit einem
beliebigen Tragbild mittels Schabers. Insbesondere soll auch die Möglichkeit gegeben
sein, schmale Räder im Diagonal- und Querschabverfahren in Längsrichtung ballig
zu schaben.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer
Zahnradschabmaschine dem das Werkstück oder das Werkzeug tragenden Tisch mittels
eines sich drehenden Nockens eine Kippbewegung vermittelt wird und daß das Zahnrad
oder das Schabrad auf einem in einer zur Zahnrad- und Schabradachse, abgesehen von
der Kippbewegung, parallelen Ebene längsverschiebbaren Schlitten gelagert ist, der
um eine zu beiden Achsen senkrechten Achse schwenkbar und feststellbar ist.
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Mit einer solchen Maschine kann das Werkstück relativ zum Werkzeug
bei vorbestimmbar langem und vorzugsweise kontinuierlichem Vorschub eine der erhöhten
Spanabnahme zum Balligschaben an einem Zahnende entsprechende Zusatzbewegung ausführen,
und es kann während eines vorbestimmten Teils des Relativvorsöhubs in einer bestimmten
Lage verharren. Dann kana:das Werkstück oder das Werkzeug mit einem unabhängig vom
Relativvorschub vorbestimmten Geschwindigkeitsverlauf, vorzugsweise im Sinne einer
sich verkleinernden und anschließend sich vergrößernden Spanabnahme eine Zusatzbewegung
ausführen bis zu einer Lage, die dem Zustand zu Beginn dieses Bewegungsablaufs entgegengesetzt
ist. In dieser Lage kann das Werkzeug oder das Werkstück dann wieder über einen
vorbestimmten Teil des Relativvorschubs verharren und dann in die Ausgangslage zurückkehren.
Diese soeben beschriebene Zusatzbewegung stellt lediglich die Ausgangsbasis dar,
die beliebig variiert werden kann, um jedes gewünschte Tragbild zu erzielen. Insbesondere
soll die Zusatzbewegung so verlaufen, daß auch konische Zahnräder eine ballige Zahnform
erhalten können. Auch sollen Zahnräder mit konkaven Zahnflanken herstellbar sein.
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Es ist günstig, die Maschine nach der Erfindung so auszugestalten,
daß der Nocken mit seinem Antrieb auf dem den Längsvorschub ausführenden Schlitten
gelagert und um die Achse der Rundführung des die Vorschubführung tragenden Rundtisches
winklig eingestellt werden kann. Diese Ausgestaltung ist insofern wichtig, weil
es mit ihr möglich wird, die Ebene, in der die Kippbewegung verläuft, das ist eine
Ebene, die auf der Schwenkachse des Kipptisches senkrecht steht, unabhängig von
der Vorschubrichtung einzustellen. So kann diese Kippebene z. B. in Richtung der
Werkstückachse liegen, obwohl der Vorschub beispielsweise senkrecht dazu gerichtet
ist. Der Nocken zum Antrieb der Kippbewegung wirkt zwar unmittelbar auf den Kipptisch,
aber es kann zwischen Kipptisch und Nocken noch eine bekannte Vorrichtung, beispielsweise
eine Keilleiste od. dgl., vorgesehen sein, die die Reibung zwischen dem sich drehenden
Nocken und dem Kipptisch aufnimmt und die eine Höheneinstellung des Kipptisches
relativ zum Nocken ermöglicht.
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Ferner ist es zweckdienlich, daß zwischen Nocken und Kipptisch eine
an sich bekannte Einrichtung zum Wählen der Größe des Kippweges angeordnet ist,
womit das Einrichten der Maschine erleichtert wird. Die erwähnte Einrichtung besteht
aus Hebeln mit veränderlichen Hebellängen, die vorzugsweise während des Betriebes
von Hand oder selbsttätig eingestellt werden können.
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Ferner kann das Umrichten der Maschine von einem Werkstück auf ein
anderes oder von einem Tragbild auf ein anderes dadurch erleichtert werden; daß
der Nocken aus mehreren eine Kontur tragenden Teilen zusammengesetzt ist, die relativ
zueinander einstellbar und feststellbar sind. Es kann selbstverständlich auch der
ganze Nocken auswechselbar sein.
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Um den vorher geschilderten Ablauf der Zusatzbewegung durchführen
zu können, wird die Maschine mit einem Nocken solcher Form ausgerüstet, daß der
Kipptisch über einen vorbestimmten Teil des Längsvorschubs in einem geneigten Zustand
verharren kann.
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Schließlich sei darauf hingewiesen, daß der Nocken auch über eine
Servosteuerung auf den Kipptisch einwirken kann.
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Die Fig. 1 bis 3 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar
Fig. 1 einen Schnitt- durch eine Maschine, insbesondere durch den schematisch dargestellten
Antrieb für Vorschub und Kippbewegung Fig. 2 eine Ansicht von oben des kippbaren
Werkstücktisches ohne Werkstück und Spanneinrichtung, Fig. 3 eine Einrichtung zur
Wahl des Kippweges. Auf einem Maschinenständer 10 ist in einer Rundführung ein Rundtisch
11 um eine lotrechte Achse A-A drehbar und feststellbar angeordnet. An seiner' Oberseite
ist der Rundtisch mit einer Längsführung versehen, auf der ein Vorschubschlitten
12 gleiten kann. Auf dem Vorschubschlitten ist eine Grundplatte 13 drehbar und feststellbar
angeordnet, die ein oder mehrere Lagerböcke für einen waagerecht liegenden Drehzapfen
14 aufweist. Auf diesem Drehzapfen 14 ist ein Kipptisch 15 schwenkbar gelagert;
der zur Aufnahme des Werkzeugs 16 oder eines Zahnrades dient. Die Lagerböcke für
den Drehzapfen 14 können so angeordnet sein, daß der Kipptisch entweder als einarmiger
oder als zweiarmiger Hebel wirkt. Zum Spannen des Werkstücks sind zwei Reitstocke
17, 18 vorgesehen. Der Rundtisch 11 kann so geschwenkt werden, daß die Richtung
60 des Längsvorschubs mit der Achse 61 des Werkstücks einen spitzen Winkel bildet.
Diese Art des Einrichtens ist mit bekannten Vorteilen für den Schabvorgang selbst
verbunden, hat aber keinen Einfraß auf die Erfindung; die auch ihre Gültigkeit behält,
wenn Werkstück achse und. Vorschubrichtung zusammenfallen. Oberhalb des Kipptisches
ist am Maschinenständer ein Werkzeughalter drehbar und feststellbar so angeordnet,
daß Werkzeug 20 und Werkstück 16 mit Bekreuzten Achsen in Eingriff gebracht werden
können. Auf die Beschreibung des Werkzeugantriebs soll, da er bekannt ist, nicht
eingegangen werden.
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Von einer beliebigen Kraftquelle aus erfolgt der Antrieb des Längsvorschubs
über eine zentral zum Rundtisch 11 gelagerte Welle 21, über ein Kegelrad= paar 22,
23 und ein Stimradpaar 24, 25 auf eine im Rundtisch parallel zur Führung des Vorschubs
gelagerte Vorschubspinde126, die in bekannter Weise in eine am Vorschubschlitten
befestigte Spindelmutter 27 eingreift.
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Das Stirnrad 25 kämmt mit einer Zahnwalze 28, die drehfest mit einem
Kegelrad 29 verbunden ist, das in ein weiteres Kegelrad 30 eingreift. Das Kegelrad
30 sitzt auf einer Welle 31, die in der Drehachse
der Grundplatte
13 liegt. Das Kegelrad 32 kämmt mit einem weiteren Kegelrad 33, das auf einer waagerecht
liegenden, auf der Grundplatte 13 gelagerten Welle 34 befestigt ist. Mit einem Kegelradpaar
35 wird von der Welle 34 aus der Getriebezug um 90° auf die Welle 36 umgelenkt.
Am freien Ende der Welle 36 ist ein Wechselrad 37 aufgesetzt, während das dazugehörige
Wechselrad 38 auf die Nockenwelle 39 gesteckt ist, deren anderes Ende den Steuernocken
40 trägt. Nocken 40 wirkt auf das eine Ende des Kipptisches 15, wobei als Zwischenglied
zwischen Kipptisch und Nocken in bekannter Weise eine Leiste 41 oder eine Zwischenrolle
dienen kann. Der Kraftschluß zwischen Nocken und Kipptisch wird durch eine nachgiebige
Kraft aufrechterhalten.
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Die Wechselräder 37, 38 werden so zusammengestellt, daß der Nocken
während einer Halbperiode des Vorschubhin- und -hergangs einen Drehwinkel von weniger
als 360° beschreibt. Der Nocken ist so gestaltet, daß er einen beliebigen vorbestimmbaren
zeitlichen Ablauf der Kippbewegung bewirkt. Wird für ein anderes Werkstück ein anderer
Ablauf der Kippbewegung gewünscht, so wird der Nocken ausgewechselt.
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Es kann auch ein an sich bekannter einstellbarer Nocken verwendet
werden, der verschiedene Zeit-Weg-Funktionen, d. h. verschiedene Abläufe der Kippbewegungen,
ermöglicht. So kann der Nocken beispielsweise aus mehreren Teilen zusammengesetzt
sein, die wahlweise relativ zueinander zusammengesteckt oder eingestellt und festgestellt
werden. Jedem dieser Nockenteile ist dann ein bestimmter Teil der Kippfunktion,
z. B. Anheben, Fallen oder Verharren, zugeordnet.
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Der Nocken braucht nur die relative Größe der Kippwinkel anzugeben,
während zur Bestimmung und Wahl der absoluten Größe, also des Kippweges, eine besondere
Einstellvorrichtung vorgesehen sein kann, die in Fig. 3 gezeigt ist.
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Der Nocken 40 wirkt über eine Zwischenrolle 42
oder eine
Leiste auf einen Hebel 43, der in der Nähe des Drehzapfens 14 auf einer Achse 44
gelagert ist. Auf dem Hebel 43 ist auf einem Schlitten 45 eine Laufrolle 46 gelagert,
auf die sich der Kipptisch unter Wirkung einer nachgiebigen Kraft abstützt. Der
Schlitten der Laufrolle kann mit einer Spindel 47, beispielsweise durch Drehen eines
Handrades 48, auf dem Hebel eingestellt werden. Wird der Schlitten mit der Laufrolle
46 in die Nähe der Achse 44 gestellt, so sind nur kleine Kippwege vorhanden, steht
dagegen die Laufrolle unter dem äußeren Rand des Kipptisches, so ergeben sich große
Kippwege. Es sei hier eingeschaltet, daß die Spindel 47 nicht allein von Hand betätigt
werden kann, sondern auch eine Fernbetätigung nach vorgegebenem Programm möglich
ist.
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Die Kraftübertragung vom Nocken 40 auf den Kipptisch braucht nicht
allein auf mechanischem Wege zu erfolgen, sondern es kann auch irgendein bekannter
hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Servoantrieb dazu vorgesehen sein.
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Das Werkstück, beispielsweise ein auf einem Dorn befindliches Stirnrad
16, sei zwischen den Spitzen der Reitstöcke 17, 18 eingespannt. Der Werkzeughalter
19 ist gemäß dem Schrägungswinkel des Zahnrades und dem gewünschten Kreuzungswinkel
zwischen Werkstück und Werkzeug eingestellt. Der Rundtisch 11 kann so geschwenkt
sein, daß die Richtung 60 des Längsvorschubs mit der Achse 61 des Werkstücks einen
spitzen Winkel bildet. Gemäß der gewünschten Abhängigkeit des Kippens vom Vorschub
ist ein Nocken 40 aufgesetzt. Ferner sind solche Wechselräder 37, 38 aufgesteckt,
daß der Nocken während einer Halbperiode des Hin- und Hergangs nicht ganz 360° Drehwinkel
beschreibt oder bei anderer Gestaltung des Steuernockens etwa 180°.
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Wird das Werkzeug in Drehung versetzt, so treibt es das Werkstück
an, wobei in bekannter Weise eine Spanabnahme erfolgt. Wird auch der Vorschub eingeschaltet,
so läuft das Werkstück, gesteuert durch zwei nicht gezeichnete Anschläge, unter
dem Werkzeug hin und her. Gleichzeitig mit dem Vorschub wird auch der Nocken 40
angetrieben, der den Kipptisch in Abhängigkeit vom Vorschubweg mehr oder weniger
stark schwenkt. Der Steuernocken kann z. B. so geformt sein, daß der Kipptisch zunächst
stark geschwenkt ist, so daß das Zahnende eine verhälnismäßig starke Schräge erhält.
Nachdem auf einem vorbestimmten Vorschubweg dieser Schwenkwinkel beibehalten wurde,
wird der Schwenkwinkel verkleinert, der Längsverlauf der Zahnflanke geht in einen
balligen Teil über. Sodann stellt sich der Tisch waagerecht ein, die Zahnflanke
verläuft achsparallel, und schließlich wird der Tisch nach der anderen Seite geschwenkt,
so daß auch das andere Zahnende ballig wird, aber die stärkere Zahnschräge möge
auf dieser Seite z. B. fortfallen. Durch Zwischenschalten der beschriebenen Einrichtung
gemäß Fig. 3 können der Kippwinkel und der Kippverlauf gewählt werden.
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Durch Auswechseln. des Nockens kann auch jede andere Zahnform. erzeugt
werden. Zum Beispiel kann an den Zahnenden ein normales Zahnprofil geschabt und
der Kipptisch nur in der Zahnmitte hin- und hergeschwenkt werden, so daß die Zahnflanken
hohl, d. h. konkav, geschabt werden. Überhaupt ermöglicht die Erfindung, den Längsverlauf
der Zahnflanken jedem Erfordernis anzupassen, beispielsweise das Zahnrad im Hinblick
auf die zu erwartende Lastverteilung im Getriebe oder auf etwaige Herstellungsungenauigkeiten
am Zahnrad oder am Getriebegehäuse zu gestalten.